Düse zum Aufträgen eines Haftmaterials, Applikationsvorrichtung zum Aufträgen eines Haftmaterials, Verfahren zum Aufträgen eines Haftmaterials sowie Bauteil für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Düse zum Aufträgen eines Haftmaterials auf ein Bauteil oder ein Substrat, aufweisend einen Düsenkörper mit einer Wand, die zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende einen Düsenkanal definiert, wobei an dem zweiten Ende eine erste Düsenaustrittsöffnung gebildet ist, die mit dem Dü senkanal verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Applikationsvorrichtung zum Aufträgen eines Haftmaterials mit einer derartigen Düse, ein Verfahren zum Aufträgen eines Haftmaterials sowie ein Bauteil für ein Fahrzeug.
Im Fahrzeugbau werden zunehmend Bauteile oder Werkstücke miteinander ver klebt. Hierzu wird auf eines der Bauteile oder auf beide Bauteile ein Haftmaterial in Form einer Materialraupe aufgebracht und anschließend werden die beiden Bau teile unter Druck stoffschlüssig miteinander verbunden. Zudem werden im Fahr zeugbau Haftmaterialien eingesetzt, um Bauteile zu versiegeln und damit vor Um welteinflüssen, wie beispielsweise Wasser und Schmutz, zu verhindern und so deren ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten.
Üblicherweise erfolgt der Auftrag eines Haftmaterials auf ein Bauteil mittels einer Düse. Je nach gewünschten Materialaustritt am Bauteil kann auf unterschiedliche Düsen zurückgegriffen werden. Bei der Verwendung einer sogenannten Runddüse wird ein klecksartiger Materialauftrag ermöglicht, wohingegen bei der Verwendung einer sogenannten Hook-Düse fließende Übergänge ermöglicht werden. Darüber hinaus können mittels einer Hook-Düse schwer zugängliche Bereiche erreicht werden.
Zum gezielten Aufbringen eines Haftmaterials auf ein Bauteil mittels einer Düse sind automatische Verfahren bekannt. Bei einem sogenannten MRK-Roboter (Mensch-Roboter-Kollaboration), das heißt Mensch und Roboter teilen sich einen Arbeitsraum ohne trennende Schutzeinrichtung, ist die Düse mit dem Roboter ver bunden, wobei eine zu bedienenden Person den Roboter respektive die Düse an
die mit Haftmaterial zu versehende Stelle führt. Der Roboter ermittelt mechanisch durch Sensoren, welcher Staudruck zum Aufträgen der Materialraupe benötigt wird und stellt diesen entsprechend ein. Eine Reproduzierbarkeit des Staudrucks ist mit einem MRK-Roboter jedoch nur eingeschränkt möglich.
Ein weiteres automatisches Verfahren ist der Einsatz eines numerisch gesteuerten Positioniersystems, das auch als NC-Achssystems bezeichnet werden kann, in Kombination mit einer Zahnradpumpe. Hierbei ist die Düse mit dem NC- Achssystem verbunden, welches die Düse translatorisch bewegt. Die Zahnrad pumpe weist zwei Zahnräder auf, wobei eines von diesen Zahnrädern angetrieben wird und so gleichmäßig Haftmaterial in die Düse gefördert. Bei der Verwendung einer Runddüse mit dem NC-Achssystem bilden sich jedoch Fließfronten und zu dem können schwer zugängliche Bereiche nicht erreicht werden. Bei der Verwen dung einer Hook-Düse mit dem NC-Achssystem kann jedoch ein zum Versiegeln einer Auftragsfläche erforderlicher Staudruck nicht aufgebracht werden.
Eine weitere automatische Vorrichtung zum Aufbringen einer Materialraupe ist aus WO 2020/188068 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen flexiblen Düsenkör per, der ein Volumen definiert, durch das ein Material für die Materialraupe fließen kann, wobei das Volumen zumindest teilweise durch eine von dem Düsenkörper gebildete Wand definiert ist, und eine Zuführöffnung zum Zuführen des Materials in das Volumen, durch das der Strom fließen kann, aufweist. Der Düsenkörper definiert einen Öffnungsbereich, durch den das Material aus dem Volumen austre ten kann. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung ein Betätigungssystem, das auf dem Düsenkörper angeordnet ist und dazu dient, den Querschnitt des Öffnungs bereichs durch Verformung des Düsenkörpers zu verändern. Die Wand bildet eine Barriere zwischen dem durchström baren Volumen und dem Betätigungssystem.
Ferner geht aus WO 2019/191052 eine Vorrichtung zum Aufträgen, insbesondere Sprühen, von Klebstoff auf ein Substrat oder Bauteil, hervor. Die Vorrichtung weist eine Abgabedüse zum Ausbringen des Klebstoffs sowie eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung eines Profils eines insbesondere der Abgabedüse zugeordneten Bereichs der Oberfläche auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düse, eine Applika tionsvorrichtung, ein Verfahren zum Aufträgen eines Haftmaterials sowie ein Bau teil für ein Fahrzeug zu schaffen, die ein verbessertes Aufträgen eines Haftmateri als sowie ein Aufträgen eines Haftmaterials mit und ohne Staudruck ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Düse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ei ne Applikationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5, ein Verfahren zum Aufträgen eines Haftmaterials mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Bauteil für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Düse, der Applikationsvorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Eine Düse zum Aufträgen eines Haftmaterials auf ein Bauteil oder ein Substrat weist einen Düsenkörper mit einer Wand, die zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende einen Düsenkanal definiert, auf, wobei an dem zweiten Ende eine erste Düsenaustrittsöffnung gebildet ist, die mit dem Düsenkanal verbunden ist, und wobei an dem zweiten Ende in die Wand wenigstens eine zweite Düsen austrittsöffnung eingebracht ist, die mit dem Düsenkanal verbunden ist.
Durch das Vorsehen zweier Düsenaustrittsöffnungen am zweiten Ende des Dü senkörpers wird ein multifunktionales Aufträgen von Haftmaterial ermöglicht. So kann Haftmaterial entweder ohne Staudruck über die erste Düsenaustrittsöffnung und/oder mit Staudruck über die zweite Düsenaustrittsöffnung auf ein Bauteil oder ein Substrat aufgetragen werden. Bei einfach zugänglichen Auftragsflächen erfolgt der Auftrag des Haftmaterials ohne Staudruck, indem das Haftmaterial senkrecht zu der Auftragsfläche über die erste Düsenaustrittsöffnung auf das Bauteil aufge bracht wird. Hierzu wird die Düse derart zur Bauteil- oder Substratoberfläche posi tioniert, dass beim Austritt des Materials kein Staudruck zwischen dem zweiten Ende der Düse und dem Bauteil entsteht, so dass das Haftmaterial aus der ersten Düsenaustrittsöffnung austritt. Bei schwer zugänglichen Auftragsflächen, bei spielsweise das Durchschieben des Haftmaterials unter einem Draht oder bei zu versiegelnden Bereichen, erfolgt der Auftrag des Haftmaterials mit Staudruck, in dem das Haftmaterial parallel zu der Auftragsfläche auf das Bauteil oder das Sub strat aufgebracht wird. Hierzu wird die Düse so nah an der Bauteil- oder Substrat-
Oberfläche positioniert, dass ein Staudruck zwischen dem zweiten Ende der Düse und dem Bauteil entsteht, so dass das Haftmaterial seitlich aus der zweiten Dü senaustrittsöffnung austritt. Dadurch weist die Düse eine hohe Flexibilität hinsicht lich der Auftragsweise auf.
Unter schwer zugänglichen Bereichen werden im Sinne der vorliegenden Anmel dung Unter- oder Zwischenräume, wie beispielsweise das Durchschieben des Ma terials unter einem Draht, verstanden. Unter leicht zugänglichen Bereichen werden im Sinne der vorliegenden Anmeldung von oben zu versiegelnde und gut zugäng liche Auftragsflächen verstanden.
Die erste Düsenaustrittsöffnung kann senkrecht zu einer Längsachse des Düsen körpers stehen. Die zweite Düsenaustrittsöffnung kann parallel zur Längsachse des Düsenkörpers stehen. Dadurch tritt das Haftmaterial aus der zweiten Düsen austrittsöffnung seitlich aus der Düse aus.
Die Wand kann vorliegend auch als Wandung, Umrandung oder Mantel bezeich net werden.
Über den Düsenkanal wird das Material von dem ersten Ende zum zweiten Ende transportiert. Das erste Ende kann eine Düseneintrittsöffnung aufweisen, die mit einer Fördereinrichtung zum Fördern des Materials in den Düsenkanal verbunden ist. Die Fördereinrichtung kann eine Pumpe oder Zahnradpumpe sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Düse aus Metall, insbesondere Alu minium, oder aus Kunststoff sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die beiden Düsenaustrittsöffnungen mittels eines spanabhebenden Prozesses, wie beispielsweise Drehen oder Frä sen, in das zweite Ende der Düse eingebracht. Darüber hinaus können die Dü senaustrittsöffnungen auch während der Herstellung der Düse, beispielsweise während des Gießens oder Spritzgießens, in das zweite Ende des Düsenkörpers eingebracht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Düsenaustrittsöffnung und die zweite Düsenaustrittsöffnung miteinander verbunden. Da die beiden Düsenaus-
trittsöffnungen miteinander verbunden sind, ist eine einfache und kostengünstige Herstellung der Düsenaustrittsöffnungen möglich. Zudem ermöglicht diese Ausge staltung, dass beim Auftreten eines Staudrucks zwischen dem zweiten Ende der Düse und dem Bauteil das Haftmaterial seitlich über die zweite Düsenaustrittsöff nung austritt. Unter "miteinander verbunden" wird vorliegend verstanden, dass die beiden Düsenaustrittsöffnungen ineinander übergehen und kein Steg oder derglei chen vorhanden ist, der die beiden Austrittsöffnungen voneinander trennt. Alterna tiv können die beiden Düsenaustrittsöffnungen voneinander getrennt sein. Bei spielsweise können die beiden Düsenaustrittsöffnungen durch einen Steg vonei nander getrennt sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Düsenaustrittsöffnung und/oder die zweite Düsenaustrittsöffnung halbkreisförmig, polygonförmig oder halbellipsen förmig. Durch die Kontur der beiden Düsenaustrittsöffnungen wird die Kontur der Materialraupe definiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Düsenkörper einen ersten zylindri schen Abschnitt, einen zweiten zylindrischen Abschnitt und einen die beiden Ab schnitte miteinander verbindenden konischen Übergangsabschnitt auf, wobei ein Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnittes größer als ein Durchmesser des zweiten zylindrischen Abschnittes ist. Vorteilhaft sind die beiden Düsenaus trittsöffnungen am freien Ende des zweiten zylindrischen Abschnitts angeordnet. Vorteilhaft weist der zweite zylindrische Abschnitt eine zu dem ersten zylindri schen Abschnitt unterschiedliche Länge auf. Da der zweite zylindrische Abschnitt einen geringeren Durchmesser und eine größere Länge als der erste zylindrische Abschnitt aufweist, ist die Düse für schwer zugängliche Bereiche geeignet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Applikationsvorrichtung zum Aufträgen eines Haftmaterials auf ein Bauteil oder ein Substrat vorgeschlagen. Die Applikati onsvorrichtung weist eine Düse, ein Positioniersystem, das die Düse translatorisch bewegt, eine Zahnradpumpe, die das aufzutragende Haftmaterial in den Düsen kanal der Düse fördert, ein Höhenmesssystem zum Messen eines Abstands zwi schen dem zweiten Ende der Düse und einer Oberfläche des Bauteils oder des Substrats, auf.
Die Applikationsvorrichtung ermöglicht das Aufträgen eines Haftmaterials, bei spielsweise in Form einer Materialraupe, auf ein Bauteil oder Substrat sowohl senkrecht zu einer Auftragsfläche als auch parallel zur Auftragsfläche. Bei leicht zugänglichen Bereichen des Bauteils oder Substrats als auch bei schwer zugäng lichen Bereichen des Bauteils oder Substrats. Soll das Haftmaterial senkrecht zur Auftragsfläche, ähnlich wie bei einer Runddüse aufgetragen werden, so wird ein Abstandszwischen dem zweiten Ende der Düse und der aufzutragenden Oberflä che durch das Höhenmesssystem gemessen. Anschließend wird die Düse in eine Position mit der notwendigen Distanz zu der Oberfläche gebracht, so dass ein Ma terialaustritt ohne Staudruck durch die erste Düsenaustrittsöffnung der Düse er folgt. Dieser Modus kann beispielsweise für von oben zu versiegelnde und gut zu gängliche Komponenten verwendet werden. Soll das Haftmaterial parallel zur Auf tragsfläche aufgetragen werden, wird ebenfalls zunächst ein Abstand zwischen dem zweiten Ende der Düse und der aufzutragenden Oberfläche durch das Hö henmesssystem gemessen. Anschließend wird die Düse über das Positioniersys tem in ausreichender Nähe zur Oberfläche beziehungsweise Auftragsfläche posi tioniert, so dass beim Materialaustritt zwischen dem zweiten Ende der Düse und der Bauteiloberfläche ein Staudruck entsteht, welcher einen Materialaustritt durch die zweite Düsenaustrittsöffnung zur Folge hat. Dieser Modus kann für schwer zugängliche Bereiche, wie beispielsweise das Durchschieben des Haftmaterials unter einem Draht, verwendet werden. Das Höhenmesssystem ermöglicht einen passgenauen Einsatz auch bei toleranzbehafteten Bauteilen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Düse rotatorisch an dem Positioniersys tem gelagert. Da die Düse rotierbar ist, ist ein Materialauftrag über die zweite Dü senaustrittsöffnung in allen Richtungen möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Höhenmesssystem ein Lasermesssys tem oder ein taktiles Höhenmesssystem.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Aufträgen einer Material raupe auf ein Bauteil vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Zu gänglichkeit einer Auftragsfläche des Bauteils ermittelt. Anschließend wird ein Ab stand zwischen dem zweiten Ende der Düse und der Auftragsfläche gemessen.
Schließlich wird das zweite Ende der Düse in einem Abstand zu der Auftragsflä che positioniert, dass beim Aufträgen des Haftmaterials auf die Auftragsfläche ein Staudruck entsteht, so dass das Haftmaterial aus der zweiten Düsenaustrittsöff nung austritt, wenn ein schwere Zugänglichkeit ermittelt wird, oder das zweite En de der Düse wird in einem Abstand zu der Auftragsfläche positioniert, dass beim Aufträgen des Haftmaterials auf die Auftragsfläche kein Staudruck entsteht, so dass das Haftmaterial aus der ersten Düsenaustrittsöffnung austritt, wenn eine leichte Zugänglichkeit ermittelt wird.
Bei dem Verfahren kann für das Aufträgen einer Materialraupe somit auf zwei un terschiedliche Modi zurückgegriffen werden. So kann das Haftmaterial entweder mit Staudruck, beispielsweise bei schwer zugänglichen Auftragsflächen oder bei zu versiegelnden Auftragsflächen, oder ohne Staudruck, beispielsweise bei leicht zugänglichen Auftragsflächen, aufgetragen werden.
Vorteilhaft kann die Ermittlung der Zugänglichkeit durch einen Bearbeiter oder mit tels eines Sensors erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Verfahren mit einer Applikationsvor richtung durchgeführt. Hierzu kann die Applikationsvorrichtung ein Höhenmess system aufweisen, mittels dem vor dem Positionieren der Düse ein Abstand zwi schen dem ersten Ende der Düse und der Auftragsfläche gemessen wird. Ferner kann die Applikationsvorrichtung ein Positioniersystem aufweisen, das die Düse translatorisch bewegt und diese in einem Abstand zu der Auftragsfläche positio niert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bauteil für ein Fahrzeug vorgeschlagen, das ein mittels einer Düse, einer Applikationsvorrichtung oder einem Verfahren aufgetragenes Haftmaterial aufweist.
Nachfolgend werden eine Düse, eine Applikationsvorrichtung, ein Bauteil für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Aufträgen einer Materialraume sowie weitere Vortei le und Merkmale anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Figuren schematisch dargestellt ist. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Applikationsvorrichtung mit einer Düse und einem Bauteil;
Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der Düse;
Fig. 3 eine vergrößerte Unteransicht der Düse;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Düse und des Bauteils, wobei das
Flaftmaterial mit Staudruck über eine zweite Düsenaustrittsöffnung aufgetragen wird; und
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Düse und des Bauteils, wobei das
Flaftmaterial ohne Staudruck über eine erste Düsenaustrittsöffnung aufgetragen wird.
In Fig. 1 ist eine Applikationsvorrichtung 10 gezeigt, die zum Aufträgen eines Flaftmaterials, wie beispielsweise eines Klebstoffes in Form einer Materialraupe auf ein Bauteil 12 eines Fahrzeuges oder auf ein Substrat dient.
Die Applikationsvorrichtung 10 weist eine Düse 14, ein Positioniersystem 16, das die Düse 14 translatorisch bewegt, eine nicht dargestellte Zahnradpumpe, ein Hö henmesssystem 18 zum Messen eines Abstands zwischen der Düse 14 und einer Auftragsfläche des Bauteils 12 oder des Substrats auf.
Wie insbesondere in den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, weist die Düse 14 einen Düsenkörper 20 mit einer Wand 22 auf. Die Wand 22 definiert zwischen einem ersten Ende 24 und einem zweiten Ende 26 einen Düsenkanal 28.
An dem ersten Ende 24 ist eine nicht dargestellte Düseneintrittsöffnung vorgese hen, die mit dem Düsenkanal 28 verbunden ist. Über die Düseneintrittsöffnung wird das Flaftmaterial in den Düsenkanal gefördert. Flierzu ist die Düseneintritts öffnung mit der Zahnradpumpe, beispielswiese über eine Leitung, wie beispiels weise einen Schlauch, verbunden, welche das Flaftmaterial in den Düsenkanal 28 fördert.
An dem zweiten Ende 26 ist eine erste Düsenaustrittsöffnung 30 vorgesehen, die mit dem Düsenkanal 28 verbunden ist. Wie insbesondere in Fig. 2 ersichtlich ist, ist an dem zweiten Ende 26 in die Wand 22 eine zweite Düsenaustrittsöffnung 32
eingebracht, die ebenfalls mit dem Düsenkanal 28 verbunden ist. Über die Düsen austrittsöffnungen 30, 32 wird das Haftmaterial auf die Auftragsfläche aufgetragen. Beide Düsenaustrittsöffnungen 30, 32 sind miteinander verbunden und sind vor liegend näherungsweise halbkreisförmig ausgebildet.
Der Düsenkörper 20 weist ferner einen ersten zylindrischen Abschnitt 34, einen zweiten zylindrischen Abschnitt 36 und einen die beiden zylindrischen Abschnitte 34, 36 miteinander verbindenden konischen Übergangsabschnitt 38 auf, wobei ein Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 34 größer als ein Durchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 36 ist. In dem zweiten zylindrischen Ab schnitt 36 sind die beiden Düsenaustrittsöffnungen 30, 32 angeordnet, und in dem ersten zylindrischen Abschnitt 34 ist die nicht dargestellte Düseneintrittsöffnung vorgesehen, die mit dem Düsenkanal 28 verbunden ist. Über die Düseneintrittsöff nung tritt das Haftmaterial in den Düsenkanal 28 ein und tritt über eine oder beide Düsenaustrittsöffnungen 30, 32 wieder aus.
Die Düse 14 ist rotatorisch an dem Positioniersystem 16 gelagert, wobei das Posi tioniersystem 16 mehrere Linearführungen aufweist, um die Düse 14 translatorisch zu bewegen, insbesondere das zweite Ende 26 zu einer Auftragsfläche des Bau teils 12 zu positionieren.
Zum exakten Positionieren der Düse 14, insbesondere des zweiten Endes 26, zu der Auftragsfläche misst das Höhenmesssystem 18 einen Abstand zu der Auf tragsfläche. Das Höhenmesssystem 18 kann ein Lasermesssystem oder ein takti les Höhenmesssystem sein.
Im Folgenden wird das Aufträgen eines Haftmaterials auf das Bauteil 12 beschrie ben mittels der Applikationsvorrichtung 10 und der Düse 14 beschrieben. Hierzu wird zunächst die Zugänglichkeit zu der Auftragsfläche des Bauteils 12 ermittelt. Dabei wird festgestellt, ob die Auftragsfläche leicht zugänglich ist, oder ob die Auf tragsfläche schwer zugänglich ist. Bei einer leicht zugänglichen Auftragsfläche kann das Haftmaterial von oben aufgetragen werden. Bei einer schwer zugängli chen Auftragsfläche, beispielswiese Unter- und/oder Zwischenräume, Durchschie ben des Haftmaterials unter einem Draht oder das Versiegeln der Auftragsfläche, muss das Haftmaterial mit Staudruck aufgetragen werden. Anschließend wird ein
Abstand zwischen dem zweiten Ende 26 der Düse 14 und der Auftragsfläche ge messen. Wenn eine schwere Zugänglichkeit ermittelt wurde, dann wird das erste Ende 24 der Düse 14 in einem Abstand zu der Auftragsfläche positioniert, dass beim Aufträgen des Haftmaterials auf die Auftragsfläche ein Staudruck zwischen den zweiten Ende 26 und der Auftragsfläche entsteht, wodurch das Material aus der zweiten Düsenaustrittsöffnung 32 austritt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Wenn eine leichte Zugänglichkeit ermittelt wurde, dann wird das zweite Ende 26 der Düse 14 in einem Abstand zu der Auftragsfläche positioniert, dass beim Auf trägen des Haftmaterials auf die Auftragsfläche zwischen dem zweiten Ende 26 und der Auftragsfläche kein Staudruck entsteht, wodurch das Material aus der ers ten Düsenaustrittsöffnung 30 austritt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Da die Düse 14 rotatorisch an dem Positioniersystem gelagert ist, kann das Haftmaterial mit Staudruck in alle Richtungen aufgetragen werden.
Die Düse 14 weist aufgrund ihrer beiden Düsenaustrittsöffnungen 30, 32 eine ho he Flexibilität hinsichtlich der Auftragsweise auf. So kann das Haftmaterial je nach Zugänglichkeit der Auftragsfläche mit und ohne Staudruck auf ein Bauteil 12 auf getragen werden. Zudem ist die Düse 14 aufgrund ihrer unterschiedlichen zylindri schen Abschnitte 34, 36 für die Zugänglichkeit in enge Räume sehr gut geeignet.
Bezugszeichenliste Applikationsvorrichtung Bauteil Düse Positioniersystem Höhenmesssystem Düsenkörper Wand erstes Ende zweites Ende Düsenkanal erste Düsenaustrittsöffnung zweite Düsenaustrittsöffnung erster zylindrischer Abschnitt zweiter zylindrischer Abschnitt konischer Übergangsabschnitt